赵亮

摘要：随着电连接器的不断发展，电连接器的应用范围越来越广，电连接器其主要作用是用于实现信号传输以及设备之间的电能传输。高速背板连接器的设计与制造常常存在一个设计的出而制造不出的问题。通常在理论设计能够达到我们理想的设计要求，但在实际的制造过程中因为加工设备及装配的局限，产品无法制造出来或成本太高，无真正的可量产性，企业没有生产的积极性。在高速背板连接器的实际设计过程中，结合实际使用情况，采用最优的设计方案，使得产品的选材、尺寸设计、结构布局等方面达到一个最佳的组合，使得产品在性能方面、制造方面达到一个最佳的平衡，从而达到预期的设计指标。

关键词：高速背板连接器;屏蔽片;设计

随着中国经济的崛起，中国市场已经成为高速背板连接器的第二大销售市场。高速背板连接器中的信号完整性问题的研究也越来越深入，并成为一个热点。因该产业发源于欧美国家，他们的企业形成的相对成熟的研究、较为完整的研发体系、设计标准，以保证连接器在高速率的信号传输环境下的信号完整性。在科学技术高速发展的背景下，国家和大众对信息通讯传输速度和设备体积提出了更高的要求，在这种趋势下，信号与信号之间的距离逐渐缩短，但信号间相互耦合会导致严重的串扰问题，信号完整性也会因此而受到影响。如何保证信号完整性已经成为背板连接器设计的核心，与其性能存在密切的关联。因此，对此项课题进行研究。

一、屏蔽分类

在电子设备中，有时需要将电力线或磁力线的影响限定在某个范围内，需要在某个给定的空间内防止外部的静电感应或电磁感应力的影响。在这种情况下，利用铜或铝等低电阻制成的容器，将需要隔离的部分全部包起来; 或者用磁性材料制成的容器将它包起来，我们把防止静电或电磁的相互感应所采取的这些方法称之为屏蔽。

1、静电屏蔽。静电屏蔽主要是防止静电场的影响。它的作用是消除两个电路之间的由于电容的耦合而产生的干扰。另外，在两个导体之间放一个接地导体时，两个导体之间的静电耦合从而减弱，因此可以说接地的导体也具有屏蔽作用。

2、电磁屏蔽。电磁屏蔽的必要条件是屏蔽导体内流过高频电流，而且电流必须在抵消干扰磁通的方向上，如果在垂直于电流方向上开缝，就没有电磁屏蔽效应。

3、磁屏蔽。磁屏蔽主要用于低频，因低频时不是非常有效，故采用高导磁系数的材料进行屏蔽，以便将磁力线限制在磁阻小的磁屏导体内部，防止扩散到外部去。

二、高速背板连接器的优化设计

存储器内部和交换机是高速背板连接器的主要应用位置，大数据传输是其主要作用，信号会以高速背板截链器的互连为媒介，将信号由发射端向接收端传输，最终完成整个信号传输过程。在设计高速背板连接器的过程中，需要考虑的设计要点分别为损耗、串扰、时域反射和时钟偏移。XHDU 高速背板连接器选择的研究对象，这种背板连接器的设计目标为25Gb/s。该产品具有诸多方面的优势，主要体现在以下方面：第一，空间结构小;第二，传输速度快;第三，信号完整性高。为使客户需求得到满足，需要经过三次设计才能达到设计要求。在设计过程中，所采取的设计方式以公母配对设计为主，究其原因，主要是这种设计方式，可以为产品界面互相配合和分析信号完整性，创造有利的条件。与普通连接器相比，高速背板连接器采用wafer 错位叠加的设计方式，使产品拓展目标达成。因此，结构设计对整个连接器来说至关重要。在这个结构中，信号传输和接地时端子的作用。依据其作用的不同，可以将其分为传输端子和接地端子。信号端子的结构以差分信号对为主，在信号传输中的应用效果较为显著。接地端子的作用为屏蔽电磁，同时，还能调节阻抗。导电胶是高速背板连接器结构中的特殊材料，碳纤维的增加，赋予了设备非常强的电磁屏蔽能力。金属屏蔽片的作用为保护和屏蔽电磁。而电容设计的增加，有利于产品整体性能的提升[4]。

1、高速背板连接器壳体结构设计。高速背板连接器的组成部分包括接地针、信号针和壳体。壳体结构设计对于高速背板连接器整体设计而言至关重要，想要使wafer 在插头壳体内定位准确性得到保证，通常会将小型扣位设置到wafer 的侧面，同时将卡扣孔设置到插头壳体处。通常情况下，壳体尺寸小于卡扣尺寸，但壳体由于具备塑性变形能力，因此，插头壳体会在卡扣到位后回归原位，并与wafer 相连。

2、高速背板连接器footprint设计。在高速背板连接器设计过程中，连接器的footprint 设计属于首要步骤，究其原因，主要是損耗和串扰会受到产品footprint 布局的直接影响。此外，串扰影响还会被footprint 设计中的信号针和接地针结构布局所影响。高速背板连接器，其footprint 信号针和接地针的结构为交错布置，因此，接地针和信号针在宽度上存在差异，假设信号针和接地针之间的水平距离由Lx 表示，信号针与信号针之间的垂直距离由Ly 表示。

仿真结果表明，在Lx，Ly 距离值被改变后，所获取的信号完整性结果各不相同。具体规律如下：第一，Lx、Ly 的距离值与高速背板连接器的高频性能具有直接的关联，简言之，就是Lx、Ly的距离值越大，高频性能越好。但在连接器实际设计时，Lx、Ly的距离值会受到空间的限制，尤其是新一代连接器，其体积逐渐缩小，单位面积内的信号针数量越来越多，因此，在设计阶段需要在较小的空间内实现预期的设计目标。

综上所述，在经济高速发展的背景下，国家和社会公众对信息传输效率提出了更高的要求，并要求设备体积朝着小型化的方向发展，但在设备体积缩小后，信号与信号之间的距离会被缩短，串扰问题逐渐严重，最终使信号完整度受损，无法满足人们的需求。因此，保证信号完整性成为了高速背板连接器设计的关键问题，关系到连接器的整体性能。在实际设计中，设计人员需要以壳体设计、footprint 设计为着力点，对高速背板连接器结构进行优化设计。

参考文献

[1] 徐鸣， 陈毓彬， 李东兰. 高速背板连接器测试校准技术研究[J].电子产品可靠性与环境试验，2020，38（05）：99-102.